摘要：高应变动力试验具有经济、简便、快速等优点，越来越多地得到工程应用。本文依据某工程钻孔灌注桩和挤扩支盘灌注桩试桩的高应变动力试验结果和静载试验结果的对比分析，对高应变动力试验技术检测灌注桩承载力进行了应用分析研究。结果表明，在基桩进行静动对比试验的基础上，高应变动力试验技术可以很好的检测桩的承载力，满足工程要求，具有可行性，值得推广。
关键词：灌注桩；高应变动力试验；静载试验
引言
桩基是建筑物基础的主要形式，桩基承载力的确定是桩基硏究中的主要问题。确定桩基承载力的方法有动测法（以高应变法为代表）和静载法：（1）高应变法（HighStrainTest），简称HST法，即利用高能量的冲击力，产生沿桩身纵向传播的波动检测桩的竖向承载力和桩身完整性。（2）静载试验是在试验桩桩顶逐级施加持续荷载，记录荷载、位移与时间的关系，分析、确定单桩的承载能力。试桩分为鉴定性试桩和破坏性试桩。鉴定性试桩一般在实际工程的桩上进行，破坏性试桩则是在专供破坏试验的桩上进行，取得桩达到破坏时的试验资料，以此确定桩破坏有关参数。
1、高应变动测法
高应变检测技术是利用弹性波理论测试基桩承载力和桩身完整性的一种手段，是用重锤给桩顶一竖向冲击荷载，使桩、土之间产生一定的塑性位移，以充分激发桩周土侧阻力和桩端土阻力，通过安装在桩顶以下桩身两侧对称的力和速度传感器，量测力和桩土系统响应信号，应用应力波理论分析处理力F（t）和速度W（t）时程曲线，从而判定桩的承载力和桩身完整性。
高应变动测常用分析方法为Case法和实测曲线拟合法，这两种方法的现场测试和数据采集是完全一样的，用应变式力传感器和加速度传感器分别量测平均应变和平均加速度，并量测锤击的贯入度或锤击数。加速度信号经数字积分得到速度信号（t）乘以测点处桩身阻抗Z（Z=ρAC=EA/C），得到力F=ZV的时程波形，力的时程波形是用测得的桩身应变得：F=C2ρεA，测试得到两根实测波形F（t）和K（t），包含有被测桩桩身阻抗变化和土阻力（桩承载力）的信息。只有检测波形质量有保证，才能定性地反映桩的承载性状及其他相关的动力学问题。因此，为了得到质量较好的波形，在高应变现场测试时，应做好以下几方面工作。
2、静力载荷的定义
平板静力载荷试验〔英文缩写巩T，简称载荷试验（图1）它是模拟建筑物基础工作条件的一种测试方法，起源于30年代的苏、美等国。其方法是在保持地基土的天然状态下在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载，并观测毎級荷载下地基士的变形特性。测试所反映的是承压板以下大约1.5--2倍承压板宽的深度内土层的应力一应变一时间关系的综合性状。
载荷试验的主要优点是对地基土不产生扰动，利用其成果确定的地基承载力最可靠、最有代表性，可直接用于工程设计。其成果用于预估建筑物的沉降里效果也很好。因此，在对大型工程、重要建筑物的地基勘测中，载荷试验一般是不可少的。它是目前世界各国用以确定地基承载力的最主要方法，也是比较其他土的原位试验成果的基础。载荷试验按试验深度分为浅层和深层；按承压板形状有平板与螺旋板（图2）之分；按用途可分为一般载荷试验和桩载荷试验；按载荷性质又可分为静力和动力载荷试验φ本节主要讨谂浅层平板静力载荷试验。
3、两者之间的对比
在地基处理的各项技术中，桩基工程由于具有许多独特的功能而得到广泛应用。影响施工进行和施工质量的因素较多，难以全部预见，致使成桩后经常出现桩身缩径，夹泥、松散，断桩等形态复杂的质量缺陷，影响桩身的单桩承载力和结构完整性。因此，桩基测试技术显得更为重要。
传统的桩基测试技术为静载荷试验。静载荷试验是验收桩基工程的标准试验方法，在国内外已沿用多年，它的准确性和可靠性是可以满足工程需求的。但随着桩基工程技术的发展，它的缺点也暴露出来，主要有以下几个方面。
a）费时费工，代价昂贵；
b）加载分级粗疏，测试技术简单，数据获得有限，正常情况下相对误差在10%～20%；
c）只能测得桩的承载力，对桩的受力机理及破坏形式不能提供更多的信息；
d）抽检率低，不能对工程桩的整体情况作出有把握的判断和评价；
e）加载级别受到设备、反力、成本等因素的影响，对于一些大直径灌注桩、扩底桩和嵌岩桩难以达到要求。
用高应变动力试桩法来检测桩基的承载力，已经在国际上获得广泛的认可。它是采用高应力应变状态来验桩，揭示桩土体系在接近极限阶段时的实际工作性能，从而对桩的合格性作出正确的评价。
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基于以上原因，高应变动力测桩以其较准确、快速和费用相对较低的特点，被国内外普遍认为是确定桩基承载力的又一可行的方法。高应变是一种高技术成果，它所提供的数据及由此而提出的桩土体系的内在问题和工作机理，在某些方面是静载荷试验无法相比的，它主要有以下几个方面的成果。
a）检测工程桩的承载力，确定工程桩的验收合格性；
b）检测工程桩的桩身完整性，对工程桩的桩身缺陷作出定性、定位以及定量的评定；
c）阻力和分层摩阻力，得到桩身阻抗的全面变化情况和桩底密实情况；
d）对打桩工艺提供完整的数据。
在测试所得的各项指标中，承载力的确显得尤为重要。由于静动两种方法解决问题的原理、途径有根本的不同，高应变依然存在很多有待解决的问题，它不可能完全取代静载荷试验。
4、高应变试验中存在的问题
4.1 测试误差问题
误差主要来源于对力的测量，由于混凝土本身的非线性，低应力水平下的模量高于高应力水平下的模量，故冲击应力水平愈高，实测力信号中的非线性成分也就愈大。预制桩在测试前经受的锤击次数很多，混凝土的非线性很大程度上得以消除，因而预制桩的测试误差比灌注桩要低。此外，由于灌注桩的混凝土标号低、施工条件影响较大、安装传感器的桩侧表面不平整和锤击偏心等原因，使实测力曲线不归零、混凝土产生塑性变形而导致测力误差。
另外，实测速度信号也可能存在较大误差。笔者曾经采用PDI仪器和国产高应变采集仪同测同根桩的锤击信号，并用水准仪测量贯入度，发现两种仪器的实测贯入度都低于水准测量的结果。由于贯入度的变化对承载力影响很大，在高应变试验过程中须准确测量单击贯入度，以对实測速度曲线进行修正，并依据该贯入度进行拟合分析，以减小测试误差对拟合结果的影响，确保动测承载力的精度。
4.2 动测理论模型的适用问题
在波形拟合法中，桩侧静阻力靠桩土之间的剪切变形传递，假设桩侧土不随桩一起运动，则桩端与岩土介质的相互作用与刺入破坏模式相近。对嵌岩桩、大直径桩和扩底桩，将出现不符的情况。如嵌岩桩在嵌固段的岩体可能随桩一起运动，大直径桩特别是扩底桩桩端的破坏模式与刺入破坏模式不同。目前所采用的土阻力模型无非是理想弹塑性模型或在此基础上考虑了土的加工硬化或软化效应并不能，准确地表征桩土相互作用的复杂机理。
当桩底存在深厚沉渣时，单击贯入度过大，有的甚至达3cm以上，高应变实测速度曲线在2L/C以上时间段内都与冲击速度峰同向且幅值与冲击峰接近或更大，这表明桩体在重锤冲击作用下呈现出显著的刚体运动，而波动效应不明显。曲线拟合分析时往往力曲线随速度曲线漂移，拟合效果欠佳，动阻力过大，拟合得到的动测承载力误差较大，因此，高应变试验时单击贯入度不宜过大。
4.3 阻力激发问题
岩土阻力激发的程度与桩在土中的位移有关，一般认为当桩顶的单击贯入度为2.5-6.0m时，冲击作用能充分激发土阻力。实测曲线拟合法采用弹理想塑性土阻力模型，土阻力被充分激发的前提是桩的最大动位移大于或等于土层的弹限值。而Q-s曲线呈缓变型的灌注桩没有明显的陡降点，即使增大桩顶冲击能量也无法达到使桩端岩土产生破坏的极限变形。对于细长桩，土的卸载特性参数由于桩的提前回弹而在土阻力响应区段内和加载参数发生耦合，进而对部分发挥的静阻力的计算产生不利影响。此外还有“辐射阻尼”问题，辐射阻尼的应用对那些贯入度不大的桩承载力的提高幅度是有限的，某种意义上讲是对桩未被打动低估承载力的一种修正。并且在采用辐射阻尼时，桩周桩端多大范围的土体参与桩体振动只能凭经验估计，这又增加了拟合分析的不确定性。
5、结语
相比单桩静载试验，高应变法不仅可以检测单桩承载力，而且可以检测桩身完整性。大直径灌注桩及嵌岩桩由于灌注桩本身成桩工艺及场地地质条件等因素的影响，给高应变试验带来诸多不确定性，对检测人员的实践经验及理论水平等方面都提出了更高的要求。
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论文作者:郭建维
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/1
标签：承载力论文; 应变论文; 桩基论文; 载荷论文; 阻力论文; 测试论文; 工程论文; 《防护工程》2018年第35期论文;